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BOBINAGE POUR TRANSFORMATEUR PLANAR
La présente invention concerne un bobinage pour transformateur
s planar comportant au moins un enroulement primaire et au moins un
enroulement secondaire, et plus particulièrement un tel bobinage du type
dont les enroulements primaire et secondaire comportent des spires
réalisées sous la forme de pistes conductrices formées sur les faces d'un
support isolant plan ou de plusieurs supports isolants plans empilés et
to raccordées entre elles, en tant que de besoin, par des trous conducteurs
passant au travers des supports isolants plans.
En technologie planar, un enroulement de transformateur, qu'il soit
primaire ou secondaire, est constitué par au moins deux portions de pistes
conductrices réalisées sur des faces différentes d'un ou plusieurs supports
is isolants plans empilés de manière à pouvoir présenter des bornes de
connexion disposées sur ia périphérie du transformateur, cela afin de
faciliter
le raccordement électrique du transformateur. Les portions de pistes
conductrices d'un même enroulement suivent des spirales de même sens et
sont raccordées électriquement entre elles pour assurer la continuité de
20 l'enroulement, par les extrémités intérieurs de leurs spirales et, en tant
que
de besoin, par certaines des extrémités extérieures de leurs spirales au
moyen de trous conducteurs passant au travers du ou des supports isolants.
Selon la pratique actuelle, les pistes conductrices des enroulements
primaire et secondaire d'un transformateur sont imbriquées sur les supports
2s isolants plans de sorte que l'on trouve, lorsque l'on se déplace de
l'extérieur
vers le centre d'un transformateur, sur l'un quelconque des supports isolants
plans, une alternance de spires primaires et secondaires.
Bien que donnant généralement satisfaction, cette solution présente
certains inconvénients.
3o En premier lieu, lorsque l'on veut avoir des nombres de tours
différents au primaire et au secondaire d'un transformateur pianar, ce qui est
relativement fréquent, il est nécessaire de réaliser d'abord, sur un ou
plusieurs supports isolants plans empilés, des enroulements primaire et
secondaire avec un même nombre de tours correspondant au plus petit des
3s nombres de tours requis. Puis de terminer l'enroulement ayant le plus grand
nombre de tours par des spires complémentaires tracées sur un ou plusieurs
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autres supports isolants plans. Cela peut conduire à l'utilisation d'un nombre
élevé de supports isolants plans empilés alors qu'il importe de réduire le
plus
possible le nombre de supports isolants plans empilés pour des facilités de
réalisation.
s Par ailleurs, comme les spires des enroulements primaire et
secondaire sont alternées à la surface des supports isolants plans, il est
nécessaire de prévoir entre elles un écartement permettant d'assurer
l'isolement électrique voulu entre les primaire et secondaire du
transformateur. Comme les contraintes d'isolement électrique entre primaire
to et secondaire d'un transformateur sont souvent importantes, il en résulte
généralement, un écartement non négligeable entre chacune des spires
primaires et secondaires tracées alternativement sur la surface d'un même
support isolant plan. Cet écartement interspire réduit la densité des spires,
donc le nombre de spires qu'il est possible de loger sur une surface donnée
is de support isolant plan. Outre le faü qu'il limite les possibilités de
réduire
l'encombrement du transformateur, il diminue le couplage magnétique ce qui
entraîne une augmentation des fuites magnétiques. II en résulte un
transformateur moins efficace que ce que l'on pourrait espérer, notamment
en ce qui concerne le rendement.
2o La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
A cet effet, l'invention a pour objet un bobinage pour transformateur
planar comportant au moins un enroulement primaire et au moins un
enroulement secondaire avec des spires réalisées sous la forme de pistes
conductrices formées sur les faces d'un support isolant et raccordées entre
2s elles au moyen de trous conducteurs percés dans le support isolant,
caractérisé par le fait que les portions des enroulements primaire et
secondaire portées par une même face du support isolant sont regroupées
par enroulement, selon deux zones distinctes imbriquées, de formes
spiralées, l'une des zones regroupant c8te à côte des spires ou portions de
3o spires de l'enroulement primaire et l'autre zone regroupant côte à côte des
spires ou portions de spires de l'enroulement secondaire.
Une telle structure, bien que complexe du point de vue géométrique,
ne présente pas plus de difficultés; technologiquement, à âtre réalisée que
celle de l'art antérieur.
3s En revanche, elle permet de réaliser sur les deux faces d'un mëme
support isolant plan, un bobinage entier, comprenant des enroulements
primaire et secondaire ayant des nombres de tours différents. Un
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transformateur réalisé selon l'invention peut donc comprendre moins de
couches de supports, même s'il en comporte généralement plusieurs, et par
conséquent être moins coûteux et moins volumineux.
Elle permet en outre de rapprocher les spires au sein d'une même
s zone sur une face de support isolant plan car celles-ci appartiennent à un
même enroulement primaire ou secondaire pour lequel les exigences
d'isolement interspire sont toujours bien moindres que les exigences
d'isolement entre enroulements primaire et secondaire. Cela permet
d'améliorer ta compacité du transformateur et donc de limiter ses pertes
io magnétiques.
Dans un mode de réalisation particulier de (invention, chaque portion
d'enroulement forme une spire qui s'étend sur environ 360°.
Cet agencement présente l'avantage d'être simple, puisqu'il conduit
facilement à des spires complètes lorsque deux portions d'enroulement sont
is raccordées électriquement entre elles par un trou conducteur réunissant les
extrémités intérieures de leurs spires.
Egalement dans un mode de réalisation particulier, fun au moins des
enroulements est formé sur chaque face du support d'une pluralité de
portions d'enroulements réunies successivement d'une face à l'autre du
2o support en série par des trous conducteurs.
On verra ci-après que cet agencement, lui aussi complexe
géométriquement, permet de disposer de nombreuses spires de
(enroulement primaire (respectivement secondaire) en vis-à-vis de
l'enroulement secondaire (respectivement primaire).
2s Avantageusement, les spires de chaque enroulement ont des formes
telles qu'elles ménagent des renfoncements superposés dans lesquelles
passent les trous conducteurs de l'autre enroulement.
II est possible avec une telle disposition de superposer au mieux les
enroulements primaire et secondaire, et d'améliorer ainsi les performances
3o magnétiques du transformateur.
La présente invention a également pour objet un bobinage multiple
pour transformateur planar, comportant une pluralité de bobinages tels que
décrits ci-dessus disposés les uns au-dessus des autres sur une pluralité de
supports assemblés, les enroulements primaire et secondaire
3s respectivement desdits bobinages étant électriquement reliés les uns aux
autres.
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Lesdits enroulements peuvent alors être reliés soit en série, soit en
parallèle.
On peut en outre prévoir plusieurs primaires et/ou plusieurs
secondaires.
s On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de
réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins schématiques
annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en perspective d'un bobinage de
transformateur selon l'invention;
io - les figures 2 et 3 illustrent, respectivement en perspective et en vue
de dessus, une portion d'enroulement selon l'invention;
- la figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un bobinage selon
l'invention, un seul enroulement étant représenté; et
- (a figure 5 est une vue en perspecfrve d'un autre mode de réalisation
is de l'invention.
On notera en premier lieu, que ne sont pas représentés aux dessins
les supports isolants sur lesquels sont rapportées les pistes conductrices
dont (agencement fait l'objet de la présente invention. Ces supports sont en
effet parfaitement connus en eux-mêmes, ainsi que la façon de les
2o superposer, et de former sur leurs faces des pistes conductrices, par
exemple par impression d'encre conductrice ou apport de feuille métallique.
La figure 1 montre deux bobinages élémentaires 1 et 2 identiques
réunis en un bobinage multiple. Chacun des bobinages est formé d'un
enroulement primaire et d'un enroulement secondaire imbriqués, chacun
2s étant partiellement réalisé sur chacune des faces, supérieure et
inférieure,
du support sur lequel est formée ce bobinage élémentaire.
L'enroulement primaire, par exemple, est formé d'un premier tronçon
conducteur 3 s'étendant environ sur 360° autour de l'axe du bobinage,
pour
former une première spire à la face supérieure du support, et d'un deuxième
3o tronçon conducteur 4 s'étendant également environ sur 360° autour de
l'axe
du bobinage, pour former une deuxième spire à la face inférieure du support.
De la mCme manière, l'enroulement secondaire est formé d'un premier
tronçon conducteur 5 s'étendant environ sur 360° autour de l'axe du
bobinage, pour former une première spire à la face supérieure du support, et
3s d'un deuxième tronçon conducteur 6 s'étendant égaiement environ sur
360°
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autour de Taxe du bobinage, pour former une deuxième spire à la face
inférieure du support.
Les différents tronçons précités, et donc les spires qui en résultent, ne
sont pas circulaires mais sensiblement hélicoïdaux, de sorte que les
s premières spires de chaque enroulement sont imbriquées à la face
supérieure du support, de même que les deuxièmes spires à sa face
inférieure. Dans le cas présent ou chaque enroulement ne comporte qu'une
spire par face, ceci signifie que chaque spire de chaque enroulement passe
entre les extrémités de la spire de l'autre enroulement formée sur la même
io face du support.
Par ailleurs, chaque spire possède une extrémité libre dont on décrira
ci-après ta connexion.
L'autre extrémité de chaque spire de chaque enroulement se trouve,
sur une face du support, en vis-à-vis de l'autre extrémité de la spire du
is même enroulement, sur l'autre face du support. Ces extrémités en vis-à-vis
sont reliées par des trous conducteurs 7 (figure 2) pour assurer la continuité
électrique de chaque enroulement d'une de ses extrémités fibres à (autre.
On observera, et plus particulièrement à la figure 3, que les spires de
chaque enroulement ont des formes telles qu'elles ménagent des
2o renfoncements 8 superposés. Les trous conducteurs de (autre enroulement
passent dans ces renfoncements, ce qui permet d'assurer un recouvrement
optimal des enroulements primaire et secondaire, et donc de bonnes
performances du point de vue magnétique.
Les extrémités libres de l'enroulement primaire sont reliées à deux
2s conducteurs de liaison 9 et 10 (ici, doubles}, perpendiculaires au plan du
support et disposés c8te à côte. De même, les extrémités libres de
l'enroulement secondaire sont reliées à deux conducteurs de liaison
similaires 11 et 12 (dont fun, ici, est double). Les conducteurs de liaison du
primaire et du secondaire sont réalisés de façon connue sous la forme de
3o trous conducteurs, lors de l'assemblage des supports superposés.
Les enroulements primaires d'une part, et les enroulements
secondaires d'autre part, des bobinages 1 et 2 sont ici connectés en
parallèle. La figure 4 montre toutefois un enroulement multiple, primaire ou
secondaire, où trois enroulements élémentaires sont connectés en série sur
3s quatre trous conducteurs 13a-13d. L'agencement de la figure 4 ne diffère
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pas autrement de celui de la figure 1 et ne sera donc pas décrit plus en
détail.
On aura remarqué que tous les tronçons conducteurs représentés
jusqu'à présent aux dessins sont dédoublés. II s'agit là d'une disposition
s connue liée au fait que le courant n'est pas uniformément réparti sur un
conducteur donné en allant de l'axe de la spire vers l'extérieur. Chaque
enroulement est donc divisé en deux conducteurs, chacun de ces
conducteurs passant à (intérieur sur une des faces du support et à l'extérieur
sur l'autre face, ce qui permet d'optimiser les résistances en aitematif en
io forçant un mémo courant dans les deux branches.
On se référera maintenant à la figure 5 (dans laquelle un seul des
enroulements est dédoublé comme décrit au paragraphe précédent).
L'enroulement primaire (par exemple) 20 et les connexions des
enroulements aux trous conducteurs 21 a-21 d sont identiques à ceux de la
~s figure 1. On ne décrira donc que l'enroulement secondaire 22.
Celui-ci est formé de six tronçons hélicoïdaux s'étendant chacun sur
sensiblement 360°, formant ainsi six spires, trois sur une face du
support et
trois sur (autre face. La première spire 22a s'étend sur la face supérieure du
support depuis le trou conducteur 21c, à (extérieur du bobinage, jusque vers
20 l'intérieur du bobinage. L'enroulement se poursuit alors par un trou
conducteur 23a, où il traverse le support. La deuxième spire 22b s'étend
donc sur la face inférieure du support, depuis le trou conducteur 23a jusqu'à
un autre trou conducteur 23b, à proximité du trou conducteur 21 c. La
troisième spire 22c s'étend de nouveau à la face supérieure, à (intérieur de
2s ia spire 22a, du trou conducteur 23b jusqu'au trou conducteur 23c à
proximité du trou conducteur 23a. L'enroulement se poursuit ainsi en série
par la spire 22d, le trou conducteur 23d, la spire 22e, !e trou conducteur
23e,
et la spire 22f, raccordée au trou conducteur 21d.
On observe que les trois spires 22a, 22c et 22e de l'enroulement
3o secondaire 22 portées par la face supérieure du support, sont disposées
c8te à c8te dans une méme zone réservée pour ainsi dire à l'enroulement
secondaire 22. Cette zone en forme de spirale, est imbriquée avec une autre
zone également en forme de spirale, qui est elle, réservée à la spire
dédoublée 20b de l'enroulement primaire 20. On retrouve également, sur
3s l'autre face du support, cette même disposition des spires en deux zones en
forme de spirales imbriquées, réservées l'une aux spires de l'enroulement
primaire et (autre aux spires de l'enroulement secondaire. Cette disposition
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permet, comme on vient de le voir, de réaliser des enroulements primaire et
secondaire avec des nombres de spires différents, ici un enroulement
primaire avec une spire dédoublée et un enroulement secondaire avec six
spires simples en n'employant qu'un support à deux faces. Elle permet
s également une meilleure utilisation du cuivre par le fait que les distances
d'isolement à respecter au sein de chaque zone sont moindres du fait qu'il
s'agit uniquement d'un isolement interspire au sein d'un méme enroulement.
Le bobinage qui vient d'étre décrit relativement à la figure 5, peut
évidemment être associé à d'autres en parallèle ou en série, comme aux
to figures 1 ou 4 respectivement.
